JP2005116827A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 処理容器に接続されたプロセスガスの配管内に微量なパージガスを流す手法において、各パージガスの流量を高精度に制御することが出来るとともに、配管内のガス置換を素早く行うことが出来る半導体製造装置及び半導体製造方法を提供すること。
【解決手段】 各導入管１３〜１６における処理容器１の直前に遮断弁Ｖ１〜Ｖ４を設け、これらの遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に、ソニックノズルなどと呼ばれているオリフィス５３が設けられているパージガス分流路５１を接続し、オリフィスの１次側の圧力値が２次側の圧力値よりも２倍以上となるように制御して、各導入管にパージガスを等しい流量で常に供給するとともに、パージガスの総流量は、パージガス分流路５１の基端側の本流路５０に設けたマスフローコントローラ５２により制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】 各導入管１３〜１６における処理容器１の直前に遮断弁Ｖ１〜Ｖ４を設け、これらの遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に、ソニックノズルなどと呼ばれているオリフィス５３が設けられているパージガス分流路５１を接続し、オリフィスの１次側の圧力値が２次側の圧力値よりも２倍以上となるように制御して、各導入管にパージガスを等しい流量で常に供給するとともに、パージガスの総流量は、パージガス分流路５１の基端側の本流路５０に設けたマスフローコントローラ５２により制御する。
【選択図】 図１
Description
処理容器内にプロセスガスを導入して半導体装置を製造するための基板に対して所定の処理、例えば熱処理やエッチングなどを行う半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
半導体製造プロセスの中には、処理容器に多数のガスラインを接続し、これらガスラインを切り替えて、処理容器内にて連続的な処理、例えば基板に対する連続成膜処理や処理容器内のクリーニング処理を行う場合がある。この場合、処理容器内で行われる処理に使用されない待機ラインに、処理に使用されているプロセスガスが回り込むと生成物が待機ラインに付着してパーティクル汚染の原因になったり、あるいは配管を腐食するおそれがある。このため、プロセスガスの配管（待機ライン）内にパージガスを流して処理容器から配管内へ反応ガスが回り込まないようにすることが重要である。このような方法としては特許文献１の方法が知られている。
この方法は、複数のプロセスガスをそれぞれプロセスガス導入管を介して処理容器内に流入させて基板表面に成膜する際に、使用しないプロセスガス導入管に当該プロセスガス導入管の途中に接続されている配管からパージガスを常時流入させることで、処理容器内に供給されているプロセスガスが、不使用状態のプロセスガス導入管に拡散することを防止している。ところで、待機ラインから不活性ガスを流す場合、この不活性ガスが処理容器内のプロセスガスを希釈してしまうことから、プロセスを実施する際のプロセスガスの希釈率を所定値に制御するためには、待機ラインの数にかかわらず、パージガスのトータル流量を常に一定値に制御することが望ましい。さらには各待機ラインにパージガスが所定量以上流れていることを保証する必要がある。この要請に関しては特許文献１には記載されていない。
そこで発明者はこの課題を解決するために図６〜図９に示す配管系を発案している。
まず、図６の配管系は、縦型熱処理装置の処理容器１００とプロセスガスＡ、Ｂ、Ｃの各ガスライン１０１、１０２、１０３と、パージガスライン１０４とから構成されている。パージガスライン１０４は、各プロセスガスライン１０１、１０２、１０３にも分岐されていて、使用されないプロセスガスライン内にパージガスを供給するようになっている。また、各ガスライン１０１、１０２、１０３、１０４には、それぞれガス供給源２０１〜２０４から供給される各ガスの流量を制御するマスフローコントローラ１０５が設けられている。Ｖ０はバルブ、Ｖ１〜Ｖ４は遮断弁、Ｖはバルブである。なお、図示の便宜上、マスフローコントローラ１０５の上流側のバルブは共通の符号「Ｖ」を割り当てるものとする。
そして例えばプロセスガスＡと、プロセスガスＢを用いて処理容器内において所定の処理例えば成膜処理を実施する場合には、使用しないプロセスガスＣのライン１０３に、パージガスライン１０４からパージガスである窒素ガスを微量に供給するとともに、パージガスライン１０４にも微量に窒素ガスを流しておき、これらのパージガスのトータル流量が所定値になるように制御する。
この場合、パージガスの流量制御は各ガスライン１０１〜１０４に設けられているマスフローコントローラ１０５により行うことになるが、各ガスライン１０１〜１０４に設置されたマスフローコントローラ１０５の容量は、パージガスの微量制御を行うには大きすぎる。プロセスガス用のマスフローコントローラ１０５であれば、例えば５リットル／分の容量のものが用いられ、不活性ガス用のマスフローコントローラであれば５０リットル／分の容量のものが用いられる。従ってこのようなマスフローコントローラ１０５により５０ｃｃ／分程度の微少流量を制御しようとすると、マスフローコントローラは最大流量の１〜２％程度の範囲で制御することになるため、校正した流量範囲から外れてしまい、正確な流量制御が出来ない。このため、パージガスの総流量制御の精度が低くなることからプロセスガスの希釈率が変化してしまい、プロセスが不安定になる懸念がある。
また、図７の配管系は、パージガスライン１０４から分岐して各プロセスガスライン１０１〜１０３にパージガスを供給するための分岐ライン１０７に夫々パージガスの微流量調整用の例えば容量が５０ｃｃ／分のマスフローコントローラ１０６を介設すると共に、パージガスライン１０４についても並列流路１０８を接続し、この並列流路１０８に同様に容量の小さいマスフローコントローラ１０６を設ける構成としている。この場合パージガスは、使用されないプロセスガスラインに、前記マスフローコントローラ１０６により流量制御されながら供給され、微量パージが行われる。しかしながらこのような構成ではパージガスの総流量を複数のマスフローコントローラ１０６により分担しているため、各マスフローコントローラの流量制御の誤差が重畳され、パージガスの総流量の制御精度が悪くなることがあるという問題があるとともに、パージガスライン毎にマスフローコントローラ１０６を設けるようになっているため、コストが高くなるという問題もある。
また、図７の配管系においてはプロセスガスラインを切り替えて連続プロセスを行う場合、例えば第１の成膜処理に連続して第２の成膜処理を行う場合、あるいは単原子層もしくは単分子層をプロセスガスの切り替えにより順次積層して成膜する場合、更にはまた処理容器内をクリーニング処理した後（本明細書ではクリーニングもプロセスとして扱うものとする）、成膜処理を行う場合などにおいて、プロセスガスライン内の残ガスの置換に長い時間を要するという課題もある。
この点においては、図８及び図９を参照しながら説明すると、図８はあるプロセスを行うために、ガスライン１０１、１０２に夫々プロセスガスＡ、プロセスガスＢを通流し、他のガスライン１０３、１０４にパージガスを微量流している状態を示している。今この状態から次のプロセスに移行するために図９に示すようにガスライン１０１、１０２に流れるガスをバルブＶの切り替えによりプロセスガスＡ、Ｂから微量のパージガスに切り替えると共に、ガスライン１０３に流れるガスを微量のパージガスからプロセスガスＣに切り替える場合、ガスライン１０１、１０２に残存しているプロセスガスが処理容器１００内に拡散してプロセスに悪影響を及ぼすことを避けるために、ガスライン１０１、１０２内の残存ガスを予めパージガスにより置換する必要がある。ここでガスライン１０１、１０２は夫々プロセスガスＡ、Ｂを流さないタイミングにおいても、微量にパージガスを通流させることから遮断バルブＶ１、Ｖ２が開いているため、処理容器１００から離れた位置にあるガスボックス内のバルブＶから処理容器１００までの配管内に残存しているプロセスガスを置換する必要がある。このためガスライン１０１、１０２内のガスを置換するのに長い時間がかかり、タクトタイムに悪影響を及ぼす。
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、処理容器に接続されたプロセスガスの配管（プロセスガス導入管）内に微量なパージガスを流す手法において、各パージガスの流量を高精度に制御することが出来る半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することにある。また他の目的としては、配管内のガス置換を素早く行うことが出来る半導体製造装置及び半導体製造方法を提供することにある。
複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理が実施される半導体製造装置において、
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられ、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって通過流量が決定されるオリフィスと、
前記パージガス本流路に設けられ、各パージガス分流路の総流量を制御する流量制御部と、を備え、
前記比率が所定値以上となるように圧力が調整されていることを特徴としている。また流量制御部は、マスフローコントローラにより構成されるようにしてもよく、このようにすれば、パージガスの総流量を高精度で制御することが出来る。また流量制御部は、流量検出部と、この流量検出部の流量検出値に基づいて前記オリフィスの一次側の圧力を制御する圧力調整部と、を備えるようにしてもよく、このようにすれば、流量検出部によりオリフィスを通過するパージガスの流量を検出し、この検出値に基づいて一次側の圧力を常に制御して所定値以上とすることが出来る。また前記オリフィスの１次側の圧力は例えば２次側の圧力の２倍以上に調整される。このようにすれば、オリフィスをパージガスが音速で通過出来るようになり、これによりパージガス本流路を流れるパージガスが、各パージガス分流路へ等分されて流れるようになる。
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられ、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって通過流量が決定されるオリフィスと、
前記パージガス本流路に設けられ、各パージガス分流路の総流量を制御する流量制御部と、を備え、
前記比率が所定値以上となるように圧力が調整されていることを特徴としている。また流量制御部は、マスフローコントローラにより構成されるようにしてもよく、このようにすれば、パージガスの総流量を高精度で制御することが出来る。また流量制御部は、流量検出部と、この流量検出部の流量検出値に基づいて前記オリフィスの一次側の圧力を制御する圧力調整部と、を備えるようにしてもよく、このようにすれば、流量検出部によりオリフィスを通過するパージガスの流量を検出し、この検出値に基づいて一次側の圧力を常に制御して所定値以上とすることが出来る。また前記オリフィスの１次側の圧力は例えば２次側の圧力の２倍以上に調整される。このようにすれば、オリフィスをパージガスが音速で通過出来るようになり、これによりパージガス本流路を流れるパージガスが、各パージガス分流路へ等分されて流れるようになる。
また、別の発明では、複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理が実施される半導体製造装置において、
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられた流量制御部と、を備えたことを特徴としている。
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられた流量制御部と、を備えたことを特徴としている。
また、更に別の発明では複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理を実施する半導体製造方法において、
パージガス本流路にパージガスを供給し、当該パージガス本流路を流れるパージガスの流量を制御する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられると共に、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって流量が決定されるオリフィスに、前記工程で分流されたパージガスを通流させる工程と、
各オリフィスを通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
前記比率が所定値以上となるように圧力を調整する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをオリフィスから流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴としている。
パージガス本流路にパージガスを供給し、当該パージガス本流路を流れるパージガスの流量を制御する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられると共に、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって流量が決定されるオリフィスに、前記工程で分流されたパージガスを通流させる工程と、
各オリフィスを通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
前記比率が所定値以上となるように圧力を調整する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをオリフィスから流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴としている。
また更に別の発明では複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理を実施する半導体製造方法において、
パージガス本流路にパージガスを供給する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられた流量制御部により、前記工程で分流されたパージガスの流量を制御する工程と、
各パージガス分流路を通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをパージガス分流路から流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴としている。
パージガス本流路にパージガスを供給する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられた流量制御部により、前記工程で分流されたパージガスの流量を制御する工程と、
各パージガス分流路を通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをパージガス分流路から流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴としている。
本発明によれば、プロセスガス導入管における処理容器の直前に遮断バルブを設け、この遮断バルブと処理容器との間にパージガスを供給するようにしているため、プロセスの切り替え時においては遮断バルブの下流側のプロセスガスを置換すればよいので、配管内のガス置換を素早く行うことが出来る。また、各パージガス分流路に設けたオリフィスにおいてパージガスの流量が正確に制御されるため、パージガス流路内には流量制御部を１つ設けることで、各配管に供給されるパージガスの総流量が高精度に制御出来、従って安定した処理を行うことが出来る。
まず図１には、本発明の半導体製造装置における実施の形態としての縦型熱処理装置の配管図が示されている。この縦型熱処理装置は、半導体デバイスなどの半導体装置を製造するための基板である半導体ウエハに対する熱処理、例えば基板表面への成膜を実施する処理容器１と、成膜する際に必要とされるプロセスガス、ここでは３つのプロセスガス供給源であるジクロロシラン供給源１０、アンモニア供給源１１、クリーニングガス供給源１２と、各プロセスガス供給源１０、１１、１２から処理容器１に接続されて、各プロセスガスを処理容器１内に導入するプロセスガス導入管であるジクロロシラン導入管１３、アンモニア導入管１４、クリーニングガス導入管１５と、処理容器１の下流に設けられている後述の排気管３４と、後述するパージガスを各導入管内に供給するパージガス供給部５と、から主に構成されている。また、各プロセスガス導入管１３、１４、１５の他に、処理容器１の圧力を大気圧に復帰させるためのパージガスを導入するパージガス導入管１６がパージガス供給源１８から処理容器１に接続されている。
各プロセスガス導入管１３、１４、１５、及びパージガス導入管１６には、処理容器１から少し離れた部位に、第１のマスフローコントローラ１９が設けられているとともに、処理容器１の直前位置に処理容器１内へのガス導入を遮断可能な遮断弁Ｖ１〜Ｖ４がそれぞれ設けられている。
遮断弁Ｖ１〜Ｖ４は、図２の概略図に示すように、本体部２１を備えており、本体部２０には、プロセスガス導入ポート２２と、パージガス流入ポート２３と、流出ポート２４とが接続されていて、プロセスガス導入ポート２２及びパージガス流入ポート２３から夫々流入したガスは流出ポート２４から流出するように構成されている。そして図示しない弁体が閉じられているときには、プロセスガスは遮断されると共に、パージガスの通流は止められることなく各プロセスガス導入管１３、１４、１５及びパージガス導入管１６における遮断弁Ｖ１〜Ｖ４より下流側に常に通流されるようになっている。
処理容器１に関連した部位について簡単に説明すると、処理容器１は、例えば両端開口の内管３１と、上部が閉塞した外管３２とから構成され、内管３１で囲まれる領域に、多数枚のウエハＷを棚状に搭載したウエハボート３３が下方側から搬入されることとなる。外管３２には排気管３４が接続され、この排気管３４には真空排気手段である真空ポンプ３５が接続されており、従って内管３１の下部領域に供給されたガスはその上部から内管３１と外管３２との隙間を介して排気管３４から排気されることとなる。
なお、実際の各プロセスガス導入管１３、１４、１５、及びパージガス導入管１６には、例えばパーティクルフィルタ、圧力検出器及びレギュレータなどの機器が介設されているが、図では省略している。
また、既述したパージガス供給部５はパージガス導入管１６から分流して設けられている。このパージガス供給部５は、パージガス導入管１６から分流されるパージガス本流路５０と、このパージガス本流路５０から分岐された４本のパージガス分流路５１と、を備えている。パージガス本流路５０には、各パージガス分流路５１に流れるパージガスの総流量を制御する流量制御部としての第２のマスフローコントローラ５２が設けられており、この第２のマスフローコントローラ５２の下流側には、バルブＶ５、フィルタＦ及び圧力検出部ＰＤ１が設けられている。そして、各パージガス分流路５１には、オリフィス５３が設けられ、このオリフィス５３の下流側は各プロセスガス導入管１３、１４、１５及びパージガス導入管１６における遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に接続されて、各導入管１３〜１６内へパージガスを微量に供給するようになっている。この例では図２に示したように各パージガス分流路５１は遮断弁Ｖ１〜Ｖ４に接続された格好になっているが、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４により流路を遮断する部位よりは下流側に接続されているので、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に接続されていることになる。前記オリフィス５３は、例えば金属プレートに、下流側に向かう程口径が大きい、例えば最大口径が７０μｍ程度のラッパ状の孔を穿設して構成されており、ソニックノズルあるいは音速ノズルなどと呼ばれている。即ちこのオリフィス５３は、２次側の圧力Ｐ２に対する１次側の圧力Ｐ１の比率（Ｐ１／Ｐ２）が所定値以上、例えば２倍以上となったときに、音速でガスが通過し、その流量は１次側の圧力で決定される。従って各オリフィス５３の流量（通過流量）は等しくなり、パージガス本流路５０を流れるパージガスが４等分されることとなる。
次いで、上記実施の形態の作用について図１、図３に基づき説明する。ここでは、プロセスガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、アンモニア（ＮＨ３）を用いて基板である半導体ウエハＷの表面にシリコン窒化膜を形成し、その後クリーニングガスである例えばフッ素及びフッ化水素の混合ガスにより処理容器１内のクリーニングを実施し、続いてシリコン窒化膜の成膜処理を行う場合を例にとって説明する。
なお、図１、図２中の点線矢印は、処理が行われている際に処理容器１もしくは各ガス導入管１３〜１６内に流入するガスを示している。
まず、図１に示すように多数枚の半導体ウエハＷが保持されたウエハボード３３を処理容器１内に搬入し、所定の加熱雰囲気、減圧雰囲気とした後、プロセスガス導入管１３、１４のバルブＶを開き、ジクロロシラン供給源１０及びアンモニア供給源１１から夫々第１のマスフローコントローラ１９により所定の流量、例えば夫々５０ｓｃｃｍ及び５００ｓｃｃｍでジクロロシラン及びアンモニアがプロセスガス導入管１３、１４を通って処理容器１内に導入される。この際プロセスガス導入管１５及びパージガス導入管１６のバルブＶは閉じられており、プロセスガス導入管１５及びパージガス導入管１６にはガスは流れていない。
そして、処理容器１内においてアンモニアガスとジクロロシランガスとが反応してシリコン窒化膜が半導体ウエハの表面に成膜され、所定時間成膜された後、プロセスガス導入管１３、１４の各バルブＶを止める。
一方、成膜処理が行われている間、パージガス本流路５０のバルブＶ５が開かれており、オリフィス５３の１次側の圧力Ｐ１は、例えばおよそ０．３〜０．４ＭＰａである。そして処理容器１内の圧力は、１３３Ｐａ以下であり、この圧力がオリフィス５３の２次側の圧力Ｐ２に相当するから、前記圧力の比率Ｐ１／Ｐ２はおよそ２２５０〜３０００である。従ってオリフィス５３は、１次側の圧力Ｐ１に応じた流量でパージガスを流すことになり、４本のパージガス分流路５１の総流量を例えば２００ｓｃｃｍに設定したとすると、各オリフィス５３の通過流量が５０ｓｃｃｍとなる１次側の圧力値Ｐ１が得られるように第２のマスフローコントローラ５２が動作する。この結果パージガスはパージガス本流路５０を２００ｓｃｃｍの流量で流れ、各オリフィス５３により正確に総流量が４等分された流量（５０ｓｃｃｍ）でパージガス分流路５１を流れて、各導入管１３〜１６における遮断弁Ｖ１からＶ４の２次側に供給され、処理容器１内に流れていく。この様な方法においては、プロセスガス導入管１３、１４にはプロセスガスが流れていて、オリフィス５３の２次圧がプロセスガス導入管１５、パージガス導入管１６と異なる状況にあっても、音速条件Ｐ１／Ｐ２≧２が確保されているため２次圧の影響を受けずにパージガスを正確に分流できる。このため、処理容器１内のジクロロシランガス及びアンモニアガスがクリーニングガス導入管１５及びパージガス導入管１６の導入口から当該導入管１５、１６内に進入することを防げるので、配管内への反応生成物（この例では窒化シリコン膜や塩化アンモニウムなど）の付着を防止できる。なお、パージガス本流路５０に設けた圧力検出部ＰＤ１及び排気管３４に設けた圧力検出部ＰＤ２によって、常時夫々圧力を検出して図示しない制御部により前記圧力の比率（Ｐ１／Ｐ２）を監視し、その比率が２倍以下になったときにはアラームを出し、また、Ｐ１＜Ｐ２になったときにはバルブＶ５を閉じるようになっている。
成膜処理が終了すると、導入管１３、１４におけるバルブＶ及び遮断弁Ｖ１、Ｖ２が閉じられるとともに、処理容器１内の真空引きを行った後、パージガス導入管１６を通じて処理容器１内にパージガスを供給して大気圧復帰させ、ウエハＷを搬出する。またウエハＷを搬出するまでの間、パージガス分流路５１から既述のようにパージガスが処理容器１内に流れているため、遮断弁Ｖ１、Ｖ２と処理容器１との間に残っているプロセスガス（ジクロロシラン及びアンモニア）はパージガスにより速やかに置換される。
その後、ウエハＷを載置せずにウエハボード３３のみを処理容器１内に搬入し、クリーニングガス供給源１２からクリーニングガスをクリーニングガス導入管１５を介して処理容器１内に導入させる。処理容器１内に導入されたクリーニングガスにより処理容器１内及びウエハボード３３に付着した成膜物質等を除去する。
クリーニング処理が行われている間においてもパージガス本流路５０のバルブＶ５が開かれており、クリーニング時の処理容器１内の圧力（オリフィス５３の２次側圧力Ｐ２）は、例えば５．３×１０４Ｐａであるから、この場合においてもオリフィス５３の２次側の圧力Ｐ２に対する１次側の圧力Ｐ１の比率は２倍以上であるから、同時に各パージガス分流路５１から各導入管１３〜１６の出口部分にパージガスが微量に供給されている。
こうして、クリーニング工程が終了すると、続いて同様にして成膜工程が行われる。ここで既述の図６に示した配管系の場合には、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４の上流側から各導入管１３〜１６に対して微量パージを行っており（パージガスを微量流しており）、このため成膜処理時においてこの成膜とは関係のない導入管１５、１６においても遮断弁Ｖ３、Ｖ４を開いていた。従って成膜処理を行う前に、クリーニングガス導入管１５におけるガスボックス内の第１のマスフローコントローラ１９の上流側から処理容器１に対する導入口までの長い管路内に残留しているクリーニングガスをパージガスで置換する必要があったが、本実施の形態の場合には、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間において微量パージのためのパージガスを供給するようにしているため、クリーニングガス導入管１５における遮断バルブＶ３の２次側の管路内に残存しているクリーニングガスをパージガスで置換すれば良く、この置換作業は極めて短い時間で終了する。
以上の説明では、連続プロセスとしてクリーニング工程、成膜工程を挙げているが、その他にも成膜工程の後、異なる成膜工程を行う場合や、プロセスガスを切り替えて単原子層を積層していく場合を挙げることが出来る。例えば連続成膜としては、上述のように窒化シリコン膜を成膜した後、プロセスガスをＴＥＯＳ及び酸素に切り替えて、これらガスに割り当てられたプロセスガス導入管を介してプロセスガスを処理容器１内に導入し、窒化シリコン膜の上にシリコン酸化膜を積層する場合が挙げられる。また単原子層の積層プロセスとしては、導入管１３を介してジクロロシランガスを処理容器１内に導入し、ウエハＷ上にシリコンの単原子層を形成する。次いで導入管１３のバルブＶを閉じ、導入管１４のバルブＶを開いてアンモニアを処理容器１内に導入し、シリコンの単原子層の上に窒素を積層し、このようなプロセスを複数回繰り返して極薄のシリコン窒化膜を成膜する場合が挙げられる。
上述の実施の形態においては、次のような効果がある。各導入管１３〜１６に対する微量パージを行うにあたって、各パージガス分流路５１に既述のオリフィス５３を設けているため、パージガスを正確に等分して各導入管１３〜１６に供給することが出来る。このため、パージガス本流路５０に総流量を制御するためのマスフローコントローラ１個を用いれば良く、設備コストを低廉にすることができ、また複数のマスフローコントローラの誤差が重乗されて総流量に誤差が生じるといったおそれもなく、安定した処理が行える。
そして、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に微量パージガスを供給するようにしたので、実施されているプロセスには関係のない導入管については遮断弁を閉じておくことが出来、従って既に詳述したようにある工程を行う場合に、前工程で用いた導入管内に残存しているプロセスガスをパージガスで置換する作業はごく短時間で行われるので、速やかに次工程に移行できる。
次いで、本発明の他の実施の形態について図４を用いて説明する。ここでは各パージガス分流路５１に流れるパージガスの総流量を制御する流量制御部としてマスフローコントローラではなく、マスフローメータ５４及びオートレギュレータ５５により構成している。この場合、前記パージガスの総流量を、マスフローメータ５４による流量検出値に基づいて図示しない制御部を介して当該マスフローメータ５４の下流に位置するオートレギュレータ５５をコントロールして、圧力制御を行う。この例においてもオリフィス５３の１次側の圧力制御を行うことによって結果として各パージガス分流路５１の流量制御が行われることになる。
更に、本発明の別の形態では図５に示すように、パージガス分流路５１の夫々に、オリフィス５３を設けずに、例えば夫々が等しい容量の分流路用マスフローコントローラ５８を設けるようにしてもよい。この例においても分流路用マスフローコントローラ５８をパージガス分流路５１に設けて、各導入管に設けられている遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１との間に微量パージガスを供給するようにしたので、実施されている工程に関係のない導入管については遮断弁Ｖを閉じておくことが出来、従って、ある工程を行う場合に、前工程で用いた導入管内に残存しているプロセスガスをパージガスで置換する作業はごく短時間で行われるので、速やかに次工程に移行できる。
また、上述した実施の形態において、各導入管１３〜１６内に供給されるパージガスを図示しない加熱手段により例えば１００〜２００°Ｃまで加熱して常時供給することで、遮断弁Ｖ１〜Ｖ４から処理容器１までの各導入管１３〜１６の温度が上昇するので前述の反応生成物などが遮断弁Ｖ１〜Ｖ４内やガス導入管内に付着することをより確実に防止出来る。
また、処理容器１において各処理を終了した後には、パージガス導入管１６からパージガスを処理容器１内に導入する工程と、真空引きを行う工程とを繰り返すサイクルパージを行い、処理容器１からプロセスガスを追い出して、ガス雰囲気をパージガスに置換する場合があるが、この場合、処理容器１から各プロセスガス導入管１３、１４、１５の遮断弁Ｖ１〜Ｖ４までの間に残存しているプロセスガスについても確実に置換する必要がある。ここで本発明によれば、サイクルパージ時に、前述したようにパージガスを各プロセスガス導入管１３、１４、１５の遮断弁Ｖ１〜Ｖ４と処理容器１の間の箇所に供給することで、処理容器１から各プロセスガス導入管１３、１４、１５の遮断弁Ｖ１〜Ｖ４までの間に残る処理ガスを処理容器１内に速やかに押し出すことが出来るようになるため、ガス置換を確実に迅速に実施できるようになる。
上述の説明では、プロセスガスにより基板に処理を行う装置として、バッチ炉である縦型熱処理装置を挙げたが、本発明は枚葉式の熱処理装置やあるいはドライエッチング装置などにも適用できる。
１ 処理装置
５ パージガス供給部
１３ ジクロロシラン導入管
１４ アンモニア導入管
１５ クリーニングガス導入管
１６ 希釈ガス（パージガス）導入管
１９ 第１のマスフローコントローラ
５０ パージガス本流路
５１ パージガス分流路
５２ 第２のマスフローコントローラ
５６ 第１の圧力検出部
５７ 第２の圧力検出部
Ｖ１〜Ｖ４ 遮断弁
５ パージガス供給部
１３ ジクロロシラン導入管
１４ アンモニア導入管
１５ クリーニングガス導入管
１６ 希釈ガス（パージガス）導入管
１９ 第１のマスフローコントローラ
５０ パージガス本流路
５１ パージガス分流路
５２ 第２のマスフローコントローラ
５６ 第１の圧力検出部
５７ 第２の圧力検出部
Ｖ１〜Ｖ４ 遮断弁
Claims (7)
- 複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理が実施される半導体製造装置において、
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられ、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって通過流量が決定されるオリフィスと、
前記パージガス本流路に設けられ、各パージガス分流路の総流量を制御する流量制御部と、を備え、
前記比率が所定値以上となるように圧力が調整されていることを特徴とする半導体製造装置。 - 流量制御部は、マスフローコントローラにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
- 流量制御部は、流量検出部と、この流量検出部の流量検出値に基づいて前記オリフィスの一次側の圧力を制御する圧力調整部と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
- 前記オリフィスの１次側の圧力が２次側の圧力値の２倍以上に調整されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体製造装置。
- 複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理が実施される半導体製造装置において、
各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と、
パージガスを供給するためのパージガス本流路と、
この本流路から分岐され、夫々プロセスガス導入管における遮断弁と処理容器との間に接続された複数のパージガス分流路と、
このパージガス分流路の各々に設けられた流量制御部と、を備えたことを特徴とする半導体製造装置。 - 複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理を実施する半導体製造方法において、
パージガス本流路にパージガスを供給し、当該パージガス本流路を流れるパージガスの流量を制御する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられると共に、その２次側の圧力に対する１次側の圧力の比率が所定値以上であるときに、１次側の圧力によって流量が決定されるオリフィスに、前記工程で分流されたパージガスを通流させる工程と、
各オリフィスを通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
前記比率が所定値以上となるように圧力を調整する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをオリフィスから流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴とする半導体製造方法。 - 複数のプロセスガス導入管が処理容器に接続され、この処理容器内において半導体装置製造用の基板に対してプロセスガスにより所定の処理を実施する半導体製造方法において、
パージガス本流路にパージガスを供給する工程と、
このパージガスをパージガス本流路から複数のパージガス分流路に分流する工程と、
各パージガス分流路に設けられた流量制御部により、前記工程で分流されたパージガスの流量を制御する工程と、
各パージガス分流路を通流したパージガスを、各プロセスガス導入管における処理容器の直前に設けられている遮断弁と処理容器との間に夫々供給する工程と、
少なくとも一つのプロセスガス導入管について遮断弁を閉じ、この遮断弁の下流側に残っているプロセスガスをパージガス分流路から流出したパージガスにより置換する工程と、を含むことを特徴とする半導体製造方法。
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